當前，全球車輛趨于向電動化發展，以及國家“碳達峰、碳中和”政策的目標下，無論是國際上，還是中國本土，車輛電動化已經進入快速發展階段。

得益于電池技術的不斷突破，材料方面：三元高鎳，硅碳負極，高壓電解液等的開發利用，使得電芯的能量密度在緩慢的突破；結構方面，比亞迪的刀片電池，蜂巢的短刀片電池，寧德時代的CTP、CTC等技術的應用，使得電池包能夠在單位體積內有更大能量的釋放。這些似乎讓里程焦慮有些許緩解。而在電性能方面，與續航里程同樣至關重要的那便是快充問題。

北京理工大學電動車輛國家工程研究中心楊曉光教授，賓州州立大學王朝陽院士等人在Cell子刊One Earth上發表了評論性文章“Advancements in extreme fast charging to foster sustainable electrification”（直譯：極快充電技術的進步促進了可持續電氣化）。文章指出：車輛全面電動化轉型面臨著包括：成本、原材料、碳排放等可持續性挑戰。作者認為極速充電技術，同時搭配中小型電池包是解決以上挑戰、實現全面電動化轉型的關鍵技術路線。

圖片來源：One Earth官網

越來越多的國家開始逐漸禁止銷售內燃機汽車，過去幾年見證電動汽車了前所未有的市場滲透率。即使在新冠疫情下，全球電動汽車年銷量也從2019年的210萬輛增長到2021年的560 萬輛，翻了一番還多。盡管如此，電動汽車仍僅占汽車年銷量的7%。要完全實現電動化出行，還有很長的路要走。

小編在文章開始就提到的里程焦慮問題，在論文的第一部分也同樣提到了，這里不再贅述。

快充帶來的可持續發展潛力

快充其實是消除里程焦慮的另一種有效方法。據統計，即使快充的使用頻率不高，利用快速充電站的司機也可以行駛更長的里程。全世界都在競相建設快速充電站，美國和歐洲正在積極推動極速充電（XFC）技術的開發，通過>350 kW的充電器，充電10分鐘即可增加200 英里的行駛里程。盡管車輛工程、充電基礎設施和技術經濟性是開發XFC的重要因素，但是電池本身仍然是電動汽車快速充電能力的限制因素。

充電功率、充電倍率與荷電狀態的關系（圖片來源：One Earth論文）

XFC可能是解決里程焦慮和電池組大小之間兩難境地的解藥。也就是說，一輛電動汽車可以用小電池塊滿足日常通勤需求，在長途旅行中可使用XFC來快速補充電量。

如下圖所示，文中比較了使用不同電量電池包的電動汽車從鹽湖城到丹佛的行駛時間。由圖可知，雖然45 kWh電池的續航里程有限，在行程中需要四次充電，但總續航時間與其他兩款大電量電動汽車非常相似，僅比傳統ICE車多27分鐘，這表明其在消除里程焦慮中的巨大潛力。此外，更小的電池意味著具有更低的成本、與材料相關的挑戰更少、與制造相關的碳排放量更低。因此，XFC和小型電池搭配的戰略符合可持續性發展的目標。

不同電量電池包所消耗時間的比較（圖片來源：One Earth論文）

快充的劣勢

雖然快充可以具有多種優點，但它還不完美。快充時鋰電池面臨的最關鍵挑戰是：金屬鋰在快充時沉積在石墨表面，而不是嵌入石墨中。這會大大縮短電池壽命，并且在極端情況下會導致內部短路，從而導致爆炸燃燒等災難性后果。

從根本上說，析鋰過程本質上是三個物理化學過程相互競爭的結果：1. 電解質中的離子轉移；2. 石墨-電解質界面處的反應；3. 石墨顆粒中的固相擴散。所以XFC技術需要在材料、結構和電芯層面進行協同改進，以應對與退化、安全和壽命相關的挑戰。

熱調控—快充的法寶

防止析鋰的一種有效的方法是熱調控。較低的溫度會加劇析鋰，而較高的溫度會加速材料老化。通過數值分析，作者發現電池的最佳溫度隨著充電倍率和電池能量密度的增加而增加。 最近，作者報道了一種非對稱溫度調控方法，該方法將電池快速加熱至較高的溫度（~60°C）進行充電，放電或儲存則在低溫環境中。溫度的升高顯著提高了傳質和反應速率，消除了快充時的析鋰。另外，短時間的高溫并不會使材料快速老化。

總結

快充可以同時結合縮小電池尺寸（即減小車輛所載電池包的大小）、降低電池成本、降低材料消耗和減少溫室氣體排放來實現向電動汽車的可持續過渡。

快充基礎設施的部署除了滿足技術要求外，還必須符合更廣泛的可持續性目標。包括：可負擔性、易使用性、土地使用的變化和生態完整性。

材料、結構、電池和充電策略水平的協同改進對于使電池擺脫權衡取舍是至關重要的。

附：原文鏈接

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590332222000975

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